(57)【要約】  【課題】  超音波診断装置において、音響窓の曲率が設計値よりばらついていても正確な断層画像を得る。  【解決手段】  主制御手段１８は音響素子部１の音響素子（１ｃｈ〜ｎｃｈ）ごとの音響窓２から反射点までの距離ｄ１〜ｄｎを内部の補正用メモリに記憶し、ＤＳＣ１６は反射信号を１フレームごとに不図示のフレームメモリにマッピングする際に、補正用メモリに記憶されている距離ｄ１〜ｄｎに基づいて音響窓の曲率誤差が音響素子ごとに０になるように送信方向のマッピングを補正して音響素子部の配列方向と送信方向の２次元画像を生成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円弧状に配列された複数の音響素子と、
前記複数の音響素子の前面に配置されるとともに、前記複数の音響素子の配列に沿った曲率で形成された音響窓と、
前記音響窓の曲率誤差を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記音響窓の曲率誤差に基づいて、前記複数の音響素子により得られる画像の被検体深度方向を前記音響素子ごとに補正する補正手段とを、
有する超音波診断装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記音響窓の前記曲率誤差を検出するために、あらかじめ前記複数の音響素子が超音波を空中に放射して前記音響窓と空気との境界面により反射された場合の反射時間に基づいて個々の音響素子と前記音響窓との距離を測定し、
前記補正手段は、前記検出手段により測定された前記音響素子ごとの前記音響窓との距離に基づいて、前記複数の音響素子により受信された反射信号の被検体深度方向を前記音響素子ごとに補正してフレームメモリにマッピングするよう構成されている請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記検出手段は、前記音響窓の前記曲率誤差を検出するために、あらかじめ前記複数の音響素子が超音波を空中に放射して前記音響窓と空気との境界面により反射された場合の反射時間に基づいて個々の音響素子と前記音響窓との距離を測定し、
前記補正手段は、前記検出手段により測定された前記音響素子ごとの前記音響窓との距離に基づいて、前記複数の音響素子の各々の送信タイミングを補正するよう構成されている請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
円弧状に配列された複数の音響素子と、
前記複数の音響素子の前面に配置されるとともに、前記複数の音響素子の配列に沿った曲率で形成された音響窓と、
前記音響窓の曲率誤差を検出するために、あらかじめ前記複数の音響素子が超音波を空中に放射して前記音響窓と空気との境界面により反射された場合の反射時間に基づいて測定した個々の音響素子と前記音響窓との距離に基づいて、前記複数の音響素子の各々の送信タイミングを補正する送信タイミング補正手段とを、
有する超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の音響素子が円弧状に配列された超音波プローブを用いた超音波診断装置及び超音波プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
図５（ａ）は、例えば下記の特許文献１に開示されている従来の超音波診断装置を概略的に示している。複数（図５（ａ）ではｎ個）の音響素子部１は円弧状に配列され、半径方向に超音波を送信して配列方向と被検体深度方向の２次元を走査して臓器４からのエコービームを受信する。音響素子部１はまた、３次元走査を行うために走査面と直交する方向に揺動可能であり、また、スムーズに揺動可能なように、曲率が音響素子部１と同じウィンドウ（音響窓）２内においてカップリング液３と共に配置されている。ここで、超音波プローブは音響素子部１、ウィンドウ２及びカップリング液３、また、３次元プローブの場合には音響素子部１を駆動するモータなどを含む。
【０００３】
音響素子部１により受信信号はＡ／Ｄ変換器１３、ディジタル受信ビームフォーマ１４を経由してディジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）１６に送られてＤＳＣ１６により２次元断層画像にマッピングされ、この２次元断層画像がディスプレイ１７に表示される。また、３次元画像を表示する場合には、ＤＳＣ１６からの複数フレームの２次元断層画像と音響素子部１の揺動方向の位置に基づいて３次元画像を生成する。
【特許文献１】特開平６−１５４２２０号公報（要約書）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図５（ｂ）に示すように音響窓２の曲率が設計値よりばらついている場合、音響窓２の曲率誤差により受信タイミングの誤差が音響素子ごとに発生し、深度方向の画像に誤差が生じるという問題点がある。図６（ａ）は音響素子部１と音響窓２の間の距離が設計値より大きく、音響窓２の中心付近が外側に凸形状になっている場合の受信信号を示し、音響素子部１の各チャネルの受信信号の受信タイミングをプロットした曲線が音響素子部１の曲率と一致しない。また、図６（ｂ）は音響窓２の曲率半径が設計値より大きい場合、又は音響素子部１と音響窓２の間の距離が設計値より大きい場合の受信信号を示し、音響素子部１の各チャネルの受信信号の受信タイミングをプロットした曲線が音響素子部１の曲率と一致しない。また、図６（ｃ）は音響窓２が内側に凹形状になっている場合の受信信号を示し、音響素子部１の各チャネルの受信信号の受信タイミングをプロットした曲線が音響素子部１の曲率と一致しない。
【０００５】
本発明は上記従来例の問題点に鑑み、音響窓の曲率が設計値よりばらついていても深度方向に正確な断層画像を得ることができる超音波診断装置及び超音波プローブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の超音波診断装置は上記目的を達成するために、円弧状に配列された複数の音響素子と、
前記複数の音響素子の前面に配置されるとともに、前記複数の音響素子の配列に沿った曲率で形成された音響窓と、
前記音響窓の曲率誤差を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記音響窓の曲率誤差に基づいて、前記複数の音響素子により得られる画像の被検体深度方向を前記音響素子ごとに補正する補正手段とを有する。
この構成により、画像の被検体深度方向を音響窓の曲率誤差に応じて補正するので、音響窓の曲率が設計値よりばらついていても深度方向に正確な断層画像を得ることができる。
【０００７】
また、前記検出手段は、前記音響窓の前記曲率誤差を検出するために、あらかじめ前記複数の音響素子が超音波を空中に放射して前記音響窓と空気との境界面により反射された場合の反射時間に基づいて個々の音響素子と前記音響窓との距離を測定し、
前記補正手段は、前記検出手段により測定された前記音響素子ごとの前記音響窓との距離に基づいて、前記複数の音響素子により受信された反射信号の被検体深度方向を前記音響素子ごとに補正してフレームメモリにマッピングする構成とした。
この構成により、ＤＳＣが反射信号の被検体深度方向を音響素子ごとに補正してフレームメモリにマッピングするので、音響窓の曲率が設計値よりばらついていても深度方向に正確な断層画像を得ることができる。
【０００８】
また、前記検出手段は、前記音響窓の前記曲率誤差を検出するために、あらかじめ前記複数の音響素子が超音波を空中に放射して前記音響窓と空気との境界面により反射された場合の反射時間に基づいて個々の音響素子と前記音響窓との距離を測定し、
前記補正手段は、前記検出手段により測定された前記音響素子ごとの前記音響窓との距離に基づいて、前記複数の音響素子の各々の送信タイミングを補正する構成とした。
この構成により、反射信号の被検体深度方向が音響素子ごとに補正されるように複数の音響素子の各々の送信タイミングを補正するので、音響窓の曲率が設計値よりばらついていても深度方向に正確な断層画像を得ることができる。
【０００９】
また、本発明の超音波プローブは、円弧状に配列された複数の音響素子と、
前記複数の音響素子の前面に配置されるとともに、前記複数の音響素子の配列に沿った曲率で形成された音響窓と、
前記音響窓の曲率誤差を検出するために、あらかじめ前記複数の音響素子が超音波を空中に放射して前記音響窓と空気との境界面により反射された場合の反射時間に基づいて測定した個々の音響素子と前記音響窓との距離に基づいて、前記複数の音響素子の各々の送信タイミングを補正する送信タイミング補正手段とを有する構成とした。
この構成により、反射信号の被検体深度方向が音響素子ごとに補正されるように複数の音響素子の各々の送信タイミングを補正するので、音響窓の曲率が設計値よりばらついていても深度方向に正確な断層画像を得ることができる。また、超音波プローブ側で補正を行うので、超音波診断装置本体側は超音波プローブごとに送信タイミングの更なる補正をする必要がなく、処理が簡単になる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、音響窓の曲率が設計値よりばらついていても深度方向に正確な断層画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
＜第１の実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係る超音波診断装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。図１において、複数（図１ではｎ個）の音響素子部１は円弧状に配列され、スキャン・コントローラ１１の制御により送信ビームフォーマ１２からの超音波信号を半径方向に送信して配列方向と送信方向の２次元を走査し、その反射信号を受信する。音響素子部１により受信された反射信号は、Ａ／Ｄ変換器１３を経由し、スキャン・コントローラ１１の制御によりディジタル受信ビームフォーマ１４、処理回路１５を経由してＤＳＣ１６に送られる。ＤＳＣ１６は反射信号を１フレームごとにフレームメモリにマッピングして音響素子部１の配列方向と送信方向の２次元画像を生成し、これを読み出してディスプレイ１７の画面に表示する。
【００１２】
このとき、ウィンドウ（音響窓）２が設計値よりばらついている場合に、図２に示すように画像の補正を行う。図２（ａ）は音響窓２の表面が被検体（生体５）面に接触している状態を示す。ここで、音響窓２が設計値通りの場合、図２（ａ）において、音響素子部１−臓器（反射点）４間の超音波の実際の往復時間をＴ、音響窓２の表面−臓器４間の距離をＬ１、音響窓２の厚さをＬ２、音響素子部１−音響窓２の裏面間の距離をＬ３、生体５の音速をＶ１、音響窓２の音速をＶ２、カップリング液３の音速をＶ３とすると、音響窓２の表面−臓器４間の距離Ｌ１は、
Ｌ１＝（Ｖ１／２）｛Ｔ−２（Ｌ３／Ｖ３＋Ｌ２／Ｖ２）｝  …（１）
となる。
【００１３】
図２（ｂ）は、音響素子部１が超音波を空中に放射して、設計値と異なる音響窓２と空気６との境界面により反射される状態を示している。図２（ｂ）において、音響素子部１−音響窓２と空気６の境界間の超音波の実際の往復時間をＴａ、音響窓２の厚さをＬ２ｂ、音響素子部１−音響窓２の裏面間の距離をＬ３ｂ（ずれ量Ａ＝Ｌ３ｂ−Ｌ３）とすると、音響素子部１−音響窓２の裏面間の距離Ｌ３ｂは、主制御手段１８（検出手段）で演算され、
Ｌ３ｂ＝（Ｖ３／２）（Ｔａ−２・Ｌ２ｂ／Ｖ２）  …（２）
となるので、ずれ量Ａ＝Ｌ３ｂ−Ｌ３が分かる。したがって、補正後の音響窓２から反射点までの距離ｄは、
ｄ＝（Ｖ１／２）［Ｔ−２｛（Ｌ３＋Ａ）／Ｖ３＋Ｌ２／Ｖ２）｝］  …（３）
となる。
【００１４】
主制御手段１８は図３に示すように音響素子部１の音響素子（ｃｈ１〜ｃｈｎ）ごとの距離ｄ１〜ｄｎを演算し、内部の補正用メモリに記憶させ、ＤＳＣ１６（本実施の形態においては補正手段はＤＳＣ１６と不図示のフレームメモリ）は反射信号を１フレームごとに不図示のフレームメモリにマッピングする際に、補正用メモリに記憶されている距離ｄ１〜ｄｎに基づいて音響窓２の曲率誤差が音響素子ごとに０になるように送信方向のマッピングを補正して音響素子部１の配列方向と送信方向の２次元画像を生成する。したがって、音響窓２の曲率が設計値よりばらついていても深度方向に正確な断層画像を得ることができる。
【００１５】
＜第２の実施の形態＞
図３、図４は第２の実施の形態を示す。第２の実施の形態では、図１において破線の矢印で示すように補正用メモリには、音響素子部１の音響素子ごと（１ｃｈ〜ｎｃｈ）のずれ量Ａ１〜Ａｎに応じた送信タイミング（後述する遅延時間）をあらかじめ記憶させ、スキャン・コントローラ１１が図３に示すように、ずれ量Ａ１〜Ａｎに基づいて音響窓２の曲率誤差が音響素子ごとに０になるように、すなわち受信タイミングの誤差が音響素子部１の音響素子（１ｃｈ〜ｎｃｈ）ごとになくなるように個々の送信タイミングを補正する。このとき、音響素子部１−音響窓２の裏面間の距離Ｌ３ｂが設計値Ｌ３より大きい場合、ずれ量Ａに相当する時間分早いタイミングで送信し、小さい場合にはずれ量Ａに相当する時間分遅いタイミングで送信する。第２の実施の形態では、第１の実施の形態のようにマッピングを補正しない。
【００１６】
ここで、ｃｈ１の実際の往復時間Ｔａをｔch1とすると、遅延時間Δｔch1は
Δｔch1＝ｔch1−２（Ｌ２ｂ／Ｖ２−Ｌ３ｂ／Ｖ３）
となる。２（Ｌ２ｂ／Ｖ２−Ｌ３ｂ／Ｖ３）は往復時間の理論値である。そして、ｃｈ１〜ｃｈｎごとの遅延時間Δｔch1〜Δｔchnをあらかじめ求め、図４に示すように音響素子（ｃｈ１〜ｃｈｎ）ごとの送信タイミングを補正する。したがって、音響窓２の曲率が設計値よりばらついていても深度方向に正確な断層画像を得ることができる。
【００１７】
図５（ｃ）は本発明の要旨を図５（ｂ）に示す従来例と比較して示す説明図であり、第１の実施の形態では、ＤＳＣ１６が補正データメモリ１８ａに記憶されている距離ｄに基づいてマッピングを補正し、第２の実施の形態では、送信ビームフォーマ１２が補正データメモリ１８ａに記憶されている距離ｄに基づいて送信タイミングを補正する。
【００１８】
また、第２の実施の形態では、送信タイミングを補正するので、この補正を超音波診断装置本体側で行う代わりに、あらかじめ求めた遅延時間Δｔch1〜Δｔchnを超音波プローブ側で記憶して送信タイミングを補正するようにしてもよい。この場合、音響窓２のばらつきを超音波プローブ側で補正するので、超音波診断装置本体側は超音波プローブごとに送信タイミングの補正を変更する必要がなく、処理が簡単になる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明は、音響窓の曲率が設計値よりばらついていても深度方向に正確な断層画像を得ることができるので、超音波診断装置及び超音波プローブなどに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の第１の実施の形態を示すブロック図
【図２】本発明に係る超音波診断装置の第１の実施の形態の補正処理を示す説明図（ａ）音響窓が設計値通りの場合の臓器からの反射を示す説明図  （ｂ）音響窓が設計値通りでない場合の音響窓と空気の境界からの反射を示す説明図
【図３】本発明に係る超音波診断装置の第２の実施の形態の音響素子ごとの反射を示す説明図
【図４】本発明に係る超音波診断装置の第２の実施の形態の補正処理を示す説明図
【図５】従来及び本発明に係る超音波診断装置の音響窓のばらつきを示す説明図  （ａ）音響窓が設計値通りの場合を示す説明図  （ｂ）音響窓が設計値通りでない場合を示す説明図  （ｃ）本発明の補正処理を示す説明図
【図６】音響窓のばらつきによる受信信号を示す説明図  （ａ）音響素子部と音響窓の間の距離が設計値より大きく、音響窓の中心付近が外側に凸形状になっている場合  （ｂ）音響窓の曲率半径が設計値より大きい場合、又は音響素子部と音響窓の間の距離が設計値より大きい場合  （ｃ）音響窓が凹形状になっている場合
【符号の説明】
【００２１】
１  音響素子部
２  音響窓（ウィンドウ）
３  カップリング液
４  臓器（反射点）
５  生体
６  空気
１１  スキャン・コントローラ
１２  送信ビームフォーマ
１３  Ａ／Ｄ変換器
１４  ディジタル受信ビームフォーマ
１５  処理回路
１６  ＤＳＣ（ディジタル・スキャン・コンバータ）
１７  ディスプレイ
１８  主制御手段（補正用メモリ、検出手段）
１８ａ  補正データメモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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